Resumen: Los investigadores han descubierto que las sustancias alquílicas per y polifluoradas (PFAS) alteran la expresión de genes específicos en células como el cerebro, lo que podría contribuir a la neurotoxicidad. De los seis compuestos probados, el ácido perfluorooctanoico (PFOA) causó los cambios más significativos, regulando negativamente genes críticos para la supervivencia neuronal y regulando positivamente aquellos asociados con la muerte celular.
A pesar de las propiedades químicas compartidas, los efectos biológicos de las PFAS varían ampliamente, por lo que es fundamental estudiar cada compuesto individualmente. Estos hallazgos pueden ayudar a identificar marcadores genéticos de exposición a PFAS y priorizar alternativas más seguras para eliminar gradualmente los compuestos dañinos.
Hechos importantes:
- Efecto sobre la expresión genética: La exposición a PFAS altera más de 700 genes, que afectan la función neuronal.
- El compuesto más dañino: El PFOA afecta significativamente a los genes relacionados con el crecimiento sináptico y la supervivencia neuronal.
- Genes marcadores identificados: Once genes respondieron consistentemente a los seis PFAS probados, lo que sugiere su uso como marcadores de exposición.
Fuente: Universidad de Búfalo
El peróxido y las sustancias alquílicas polifluoradas (PFAS) obtienen su apodo de «químico persistente» al persistir en el agua, el suelo e incluso en el cerebro humano.
Esta capacidad única de cruzar la barrera hematoencefálica y acumularse en el tejido cerebral hace que las PFAS sean particularmente preocupantes, pero es necesario estudiar más a fondo el mecanismo subyacente de su neurotoxicidad.
Con ese fin, un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Buffalo ha identificado 11 genes que son la clave para comprender la respuesta del cerebro a esta amplia gama de sustancias químicas que se encuentran comúnmente en los objetos cotidianos.
Se descubrió que estos genes, implicados en procesos importantes para la salud neuronal, se veían constantemente afectados por la exposición a PFAS, y se expresaban en exceso o en defecto independientemente del tipo de compuestos de PFAS.
Por ejemplo, todos los compuestos provocaron que un gen clave para la supervivencia de las células neuronales se expresara a la baja y que otro gen asociado con la muerte de las células neuronales se sobreexpresara.
«Nuestros hallazgos sugieren que estos genes pueden ser marcadores para detectar y monitorear la neurotoxicidad inducida por PFAS en el futuro», dijo el coautor principal G. Ekin Atilla-Gokkumen, PhD, Dr. marjorie e. Winkler es profesor distinguido en el Departamento de Química de la Facultad de Artes y Ciencias de la UB.
Aun así, un estudio publicado en la edición del 18 de diciembre de ACS Neurociencia Química, encontraron cientos de genes cuya expresión cambiaba en diferentes direcciones dependiendo del compuesto probado.
Además, no existe correlación entre el grado en que las PFAS se acumulan en una célula y el grado en que provoca la expresión genética diferencial.
En conjunto, esto sugiere que diferentes estructuras moleculares dentro de cada tipo de PFAS provocan cambios en la expresión genética.
«Las PFAS, aunque comparten algunas propiedades químicas, tienen diferentes formas y tamaños, lo que lleva a diferencias en sus efectos biológicos. Por lo tanto, el conocimiento de cómo responde nuestra propia biología a los diferentes tipos de PFAS es de importante relevancia biomédica», dijo el otro coautor del estudio. -La autora correspondiente, Diana Aga, PhD, SUNY, dice Henry M. Woodburn, profesor distinguido y presidente del Instituto RENEW de la UB. Director.
«Dependiendo de la longitud de su cadena o del grupo de cabeza, las PFAS pueden tener diferentes efectos en las células», añade Atilla-Gokcumen. «No deberíamos verlos como una gran clase de compuestos, sino realmente como compuestos que deberíamos investigar individualmente».
Otros autores incluyen a Omar Gokkumen, PhD, profesor del Departamento de Ciencias Biológicas. Este estudio fue apoyado por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA).
Fluctuaciones en la expresión genética.
Los PFAS no son tóxicos inmediatamente. Estamos expuestos a ellos prácticamente todos los días, incluso en el agua potable y en los envases de alimentos, y ni siquiera nos damos cuenta.
«Por lo tanto, los investigadores deben encontrar más factores de evaluación en el proceso celular que si la célula vive o muere», dice Attila-Gokumen.
El equipo decidió centrarse en cómo las PFAS afectan la expresión genética de células como las neuronas, así como cómo las PFAS afectan a los lípidos, moléculas que ayudan a formar la membrana celular, entre otras funciones importantes.
La exposición a diferentes PFAS durante 24 horas produjo cambios modestos pero distintos en los lípidos y la expresión diferencial de más de 700 genes.
De los seis tipos de PFAS analizados, el ácido perfluorooctanoico (PFOA), que alguna vez se usó comúnmente en sartenes antiadherentes y recientemente fue considerado peligroso por la EPA, fue el más influyente.
A pesar de su pequeña ingesta, el PFOA alteró la expresión de casi 600 genes; ningún compuesto cambió más de 147. Específicamente, el PFOA redujo la expresión de genes implicados en el crecimiento sináptico y la función neuronal.
En conjunto, los seis compuestos indujeron cambios en las vías biológicas involucradas en la señalización de la hipoxia, el estrés oxidativo, la síntesis de proteínas y el metabolismo de los aminoácidos, todos los cuales son críticos para la función y el desarrollo neuronal.
Se encontró que once genes se expresaban más o menos de manera similar para los seis compuestos. Uno de los genes constantemente regulados a la baja fue el factor neurotrófico derivado de los astrocitos mesencefálicos, que es importante para la supervivencia neuronal y se ha demostrado que revierte los síntomas de enfermedades neurodegenerativas en ratones.
La proteína que interactúa con la tiorredoxina es uno de los genes regulados de forma estable y que está asociado con la muerte de las células neuronales.
«Cada uno de estos 11 genes demostró una regulación consistente en todos los PFAS que probamos. Esta respuesta uniforme sugiere que pueden servir como marcadores prometedores para evaluar la exposición a los PFAS, pero se necesita más investigación para saber cómo estos genes responden a otros tipos de PFAS», dice Atilla-Gokcumen.
Identificar las opciones menos peores
Por más dañinos que sean los PFAS, la realidad es que aún no se han encontrado mejores sustitutos.
Los compuestos probablemente puedan reemplazarse en aplicaciones como el envasado de alimentos, pero es posible que sea necesario mejorar su eficacia en la fabricación de retardantes de fuego y semiconductores a largo plazo.
Por eso estudios como éste son cruciales, afirma Attila-Gokkumen. La diferente respuesta que tuvieron la mayoría de los genes a diferentes compuestos, así como la falta de correlación entre la absorción de PFAS en las células y la expresión genética alterada que inducen, subraya cuán único es cada uno de estos compuestos.
«Si entendemos por qué algunas PFAS son más dañinas que otras, podemos priorizar la eliminación gradual de los peores infractores mientras buscamos sustitutos más seguros. Por ejemplo, se están explorando alternativas como las PFAS de cadena corta, porque son menos persistentes en el medio ambiente y se acumulan menos en los sistemas biológicos.
«Sin embargo, su baja persistencia puede tener un costo de eficacia en algunas aplicaciones, y existen preocupaciones sobre posibles efectos desconocidos para la salud que requieren más investigación.
«Se necesita más investigación para garantizar que estos sustitutos sean realmente seguros y eficaces para aplicaciones específicas», explica Atilla-Gokkumen.
«Esta investigación es un paso importante hacia el logro de este objetivo».
Sobre esta noticia de investigación en genética y neurociencia
Autor: Tom Dinky
Fuente: Universidad de Búfalo
Contacto: Tom Dinky – Universidad de Buffalo
Imagen: Imagen acreditada a Neuroscience News.
Investigación Básica: Acceso abierto.
«Investigación del mecanismo de los efectos neurotóxicos de las PFAS en neuronas diferenciadas mediante análisis transcriptómico y lipidómico» por Marjorie E. Winkler et al. ACS Neurociencia Química
Abstracto
Investigación del mecanismo de los efectos neurotóxicos de las PFAS en neuronas diferenciadas mediante análisis transcriptómico y lipidómico
El peróxido y las sustancias alquílicas polifluoradas (PFAS) son contaminantes ambientales muy extendidos que se bioacumulan en los tejidos y suponen una amenaza para la salud humana. Un creciente conjunto de evidencia vincula las PFAS con trastornos neurodegenerativos y del comportamiento, aunque los mecanismos subyacentes a sus efectos sobre la función neuronal siguen en gran medida inexplorados.
En este estudio, utilizamos células de neuroblastoma SH-SY5Y, diferenciadas en células similares a neuronas, expuestas a seis compuestos de PFAS: ácido perfluorooctanoico (PFOA), ácido perfluorooctanosulfónico (PFOS), ácido perfluorodecanoico (PFDS), ácido perfluorodecanoico (PFDS), ácido perfluorodecanoico ácido (8:2). (8:2 FTS) y alcohol fluorotelómero 8:2 (8:2 FTOH)─salud neuronal.
Después de una exposición de 30 μM durante 24 h, la acumulación de PFAS osciló entre 40 y 6500 ng/mg de proteína. El análisis del transcriptoma reveló 721 genes expresados diferencialmente (DEG) entre tratamientos (pagadj. <0,05), se compartieron 11 DEG entre todas las exposiciones a PFAS, lo que indica posibles biomarcadores de toxicidad neuronal de PFAS.
Las células tratadas con PFOA regularon negativamente los genes implicados en el crecimiento sináptico y la función neuronal, mientras que la exposición a PFOS, PFDS, 8:2 FTS y 8:2 FTOH dio lugar a una regulación positiva de los genes implicados en la respuesta a la hipoxia y el metabolismo de los aminoácidos.
El perfil lipidómico demostró además un aumento significativo en los niveles de ácidos grasos con PFDA, PFDS y 8:2 FTS y un agotamiento de triacilgliceroles con tratamientos 8:2 FTOH.
Estos hallazgos indican que los efectos neurotóxicos de las PFAS dependen estructuralmente, lo que proporciona información sobre los procesos moleculares que conducen a la disfunción neuronal inducida por las PFAS.
